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Temps en jours

de thorium X et de dépôt actif est représentée par une courbe

Temps en jours

dans la figure 177; en comparant cette courbe à celle de la figure 172, on constate que la baisse d'activité initiale est sup-

4o4 ClIAPITlli; \IV.

primée et que, pour des temps supérieurs à 'i jours^ les deux courbes sont pratiquement confondues. La loi d'évolution du thorium X initialement exempt de dépôt actif est représentée par la courbe I (/ïg. 178). Cette courbe est obtenue par la superposition des ordonnées des courbes II et III dont la première est relative à la décroissance de l'activité du thorium X et la seconde à l'évolution de l'activité du dépôt actif. La courbe expérimentale concorde avec la courbe théorique I au degré de précision des expériences.

199. Radiothorium. Mésothorium. — On a vu plus haut que le radiothorium est une substance très active qui est contenue dans le thorium du commerce. Cette substance donne lieu à la production de l'émanation du thorium. Il a aussi été démontré qu'elle

produit le thorium X. Sa constante radioactive est A = 1 .ocj.io"*^ — ; ^ ' ^ sec

sa période T= 70- jours et sa vie moyenne io()4 jours.

Le radiothorium se sépare très difficilement du thorium; l'activité du thorium est due au moins en grande partie au radiothorium qui y est contenu et aux substances qui en dérivent. Le radiothorium exempt de thorium X et des produits consécutifs possède une activité qui lui appartient en propre et ne peut en être séparée.

D'après ce qui précède le radiothorium se présente comme une substance intermédiaire entre le thorium et le thorium X, et l'on peut penser qu'il est produit constamment par le thorium. Cette hypothèse^ qui a été faite aussitôt après la découverte de cette nouvelle substance^ est rendue très vraisemblable par les travaux de M. Dadourian (') et de M. Boltwood (-) sur l'activité des sels de thorium.

M. Dadourian a mesuré l'activité d'un sel de thorium par la radioactivité induite que ce sel communique à une lame métallique dans des conditions déterminées. Le sel était utilisé à l'état de solution; celle-ci occupait toujours la même hauteur dans une cuve plate contenue dans une enceinte fermée; la lame était placée

(') Daduuiuan, Pliys. Zeit., 1906.

(-) Coi,T\vooD, l'hys. Zcit., 1906.

THOKILM ET SA FAMILLK. ^o'j

au-dessus de la solution, toujours à la même distance et dans la même position. L'exposition était toujours d'une même durée de 1 c) heures. On utilisait soit les solutions des sels du commerce, soit les solutions de minéraux de thorium. On trouve qu'à quantité égale d'oxyde de thorium, les minéraux thorite, monazite, thorianite, donnent la même activité, mais que les sels du commerce donnent une activité moitié moindre. Si, au contraire, on prépare du nitrate de thorium à partir de la monazite, ce sel possède par gramme d'oxyde la même activité que le minéral dont il provient.

M. Boltwood a obtenu le même résultat, en mesurant l'activité de couches de matière extrêmement minces (5'"^ à lo'"'^' sur une surface de 60''"''). Dans ces conditions l'activité est supposée proportionnelle à la quantité de matière utilisée. Les minéraux de thorium contenant généralement de l'uranium, les deux substances étaient dosées. L'activité par gramme d'uranium ayant été déterminée pour des minerais sensiblement exempts de thorium (Me Coy, Boltwood), on peut calculer par différence l'activité d'un minerai de thorium par gramme de thorium. Les minéraux utilisés étaient la thorite, l'orangite, la monazite, la thorianite. L'activité du thorium dans tous ces minéraux s'est montrée la même, tandis que l'activité du thorium contenu dans les sels du commerce s'est montrée moitié moindre.

Ces résultats obtenus par deux méthodes différentes se confirment mutuellement et ne sont pas favorables aux conclusions de ^DL Hofmann, Strauss et Zerban en ce qui concerne l'existence d'une relation entre l'activité du thorium dans les minéraux et la présence de l'uranium dans ces mêmes minéraux.

Par contre, on croyait pouvoir conclure que la différence entre l'activité du thorium clans les minéraux et dans les sels du commerce provenait de ce que, pendant la préparation des sels, une partie du radiothorium qui accompagne le thorium s'était trouvée séparée et que, pour cette raison, la teneur des sels du commerce en radiothorium est, en général, inférieure à la teneur normale atteinte dans les minéraux. Le fait que les minéraux ont la même activité par gramme de thorium prouve que la proportion de radiothorium dans le thorium des minéraux est constante, et ce fait est en faveur de la supposition que le radiothorium est une substance dérivée du thorium et avant une

■ioG CHAPITRE MV.

vie moyenne beaucoup plus courte que celle du thorium ; dans ces conditions^ en effet^ un équilibre de régime a pu s'établir dans les minéraux entre le thorium et le radiothorium. On pouvait aussi se demander si l'activité du thorium n'est pas entièrement due au radiothorium accompagné des substances consécutives.

M, Hahn (') a modifié en un point important ces conclusions relatives aux sels de thorium. Étant donnée la grande difficulté qu'on éprouve à extraire le radiothorium du thorium du commerce^ il semblait peu vraisemblable que la séparation du radiothorium ait lieu pendant la préparation des sels de thorium. M. Hahn a suivi la préparation de ces sels à partir du minerai et a pu s'assurer c{ue les sels préparés avec la monazite possèdent par gramme de thorium une activité normale. De même la purification du thorium brut commercial n'entraîne aucune variation d'activité. Mais si l'on compare des sels de thorium préparés à des époques différentes, on constate que leur activité n'est pas la même^ et l'on peut conclure de la comparaison que l'activité d'un sel^ d'abord normale, diminue après la préparation pendant trois ans environ et passe par une valeur minimum qu'elle conserve pendant quelque temps pour augmenter légèrement dans la suite.

Ces observations ont permis de conclure que la substance qu'on sépare^ pendant la préparation des sels du thorium, n'est pas le radiothorium^ mais une substance intermédiaire entre le thorium et le radiothorium. Cette substance^ à peu près inactive par ellemême^ serait de longue durée; elle a reçu le nom de mésothorium. Quand le mésothorium se trouve séparé du thorium^ l'équilibre entre le thorium^ le mésothorium et le radiothorium est troublé^ et comme la production de radiothorium ne compense plus sa destruction, la proportion de cette substance va en diminuant; mais comme en même temps le mésothorium se reforme à partir du thorium, la production de radiothorium augmente à nouveau, et ainsi s'explique l'augmentation d'activité consécutive au minimum.

M. Hahn a réussi à séparer du thorium une substance qui ne contient pas de thorium et qui cependant manifestait pendant

(') Pliys. Zeit., 1907.

THORIUM ET SA FA.MILLK. ^OJ

plusieurs mois une activité croissante^ de même nature que celle du thorium. Cette substance contenait du mésothorium^ et l'activité était due à la production de radiothorium, suivi des produits consécutifs.

Ces résultats ont été confirmés par M. Boltwood qui a trouvé aussi que le mésothorium accompagne le thorium X lors de la précipitation par l'ammoniaque d'une solution de sels de thorium. En traitant ainsi un sel de thorium (azotate) anciennement préparé, on obtient par évaporation de la solution ammoniacale un résidu qui diminue d'activité pendant un mois par suite de la destruction du thorium X, mais dont ractivité, après avoir passé par un minimum, augmente ensuite progressivement^ par suite de la formation de radiothorium. Un milligramme d'un tel résidu avait après 2 ans une activité égale à celle de plusieurs grammes d'oxyde de thorium.

D'après M. Boltwood^ la précipitation de sulfate de baryum dans une solution d'azotate de thorium est accompagnée d'un entraînement de thorium X et de mésothorium et non de thorium ou de radiothorium. L'activité du précipité diminue d'abord pendant i mois^ passe pas une valeur minimum très faible et augmente seulement ensuite par suite de la formation du radiothorium et des substances consécutives.

Il semble^ en résumé^ que le radiothorium et le thorium se séparent très difficilement entre eux^ mais que le mésothorium et le thorium X peuvent facilement être séparés du thorium et du radiothorium. Le mésothorium n'est pas inactif; une étude plus attentive a montré que cette substance émet des rayons p.

Le mésothorium n'est pas une substance simple. Ayant préparé du mésothorium exempt de radiothorium et des substances dérivées,, M. Hahn (') a effectué la précipitation de la solution par l'ammoniaque en présence de chlorure de zirconium. Dans ces conditions le précipité entraîne une matière qui donne lieu à une émission de rayons |j, et dont l'activité décroît suivant une loi exponentielle simple, caractérisée par une période de 6,2 heures. La matière restée en solution, primitivement inactive, augmente d'activité; la courbe qui représente cette augmentation est com-

(') Haiin, Phys. Zcit., 1908.

4o8 CHAPITRE XIV.

plémentaire de la courbe de destruction de la matière active entraînée avec le zirconium. On peut en conclure que le mésothorium se compose de deux substances dont la première^ inactive et ayant une période très longue, donne lieu à la production d'une substance émettant des rayons [j et caractérisée par une période de 6/i heures ; cette dernière est probablement la substance productrice du radiothorium. Les deux substances sont désignées par la notation mésothorium 1 et mésothorium 12. On a proposé aussi la notation suivante (Hahn) :

Thorium, Mésothorium 1 ou thorium 1, Mésothorium 2 ou thorium 2, Radiothorium ou thorium 3,

Pour se rendre compte de la période du mésothorium i , M. Hahn a étudié la variation d'activité des sels de thorium du commerce d'âges différents. Une étude préliminaire a montré que l'activité d'un sel récemment préparé est exactement la même par gramme de thorium que l'activité d'un minerai de thorium par gramme de thorium. L'activité était mesurée pour des couches très minces de matières qui avaient atteint leur teneur de régime en thorium X et qui avaient été fortement calcinées pour ne point dégager d'émanation. Le résultat obtenu montre qu'au cours du traitement de préparation des sels du commerce le radiothorium reste intégralement avec le thorium. Ce résultat est confirmé par l'étude des résidus du traitement; ces résidus ne contiennent pas de radiothorium, mais contiennent du mésothorium.

Un sel qui vient d'être préparé augmente d'abord d'activité par suite de la production de thorium X ; ensuite se manifeste la décroissance d'activité due à la destruction du radiothorium. En comparant l'activité de sels préparés à des époques connues, on constate cjuc le minimum d'activité est atteint environ /\, 5 ans après la préparation. L'accroissement d'activité qui vient ensuite dure longtemps; l'activité est encore croissante 12 ans après la préparation. La loi de l'évolution de l'activité n'est pas la môme suivant qu'on mesure l'intensité du rayonnement total ou le débit d'émanation, et l'écart des deux lois peut s'interpréter en

TIIORIIM ET SA FAMILLE. 409

attribuant un rayonnement a au thorium exempt de radiothorium et des substances consécutives .

Pour mesurer le débit d'émanation^ on fait passer dans la solution de sel de thorium un courant d'air de vitesse constante C{ui traverse ensuite la chambre d'ionisation; les mesures n'offrent pas une très grande précision. Le débit d'émanation étant proportionnel à la quantité de radiothorium, on peut admettre que l'activité ainsi mesurée se compose de deux termes : l'un qni correspond au radiothorium présent à l'origine et se détruisant progressivement suivant une loi caractérisée par la constante z.^, l'autre cjui correspond au radiothorium formé à nouveau à partir du thorium, par l'intermédiaire du mésothorium dont la constante est /.,. Le mésothorium peut être considéré comme formé avec une vitesse constante par le thorium^ et l'on peut faire abstraction de sa composition complexe; on peut, de plus, supposer cjue le mésothorium a été complètement séparé du thorium au moment de la préparation. Avec ces suppositions le nombre N d'atomes de radiothorium est représenté par la formule

Al — A

No étant la valeur deX de suite après la préparation du sel pour ï=o ; cette valeur est en même temps celle cjui correspond à l'éc^uilibre de régime avec le thorium. La courbe construite expérimentalement s'accorde bien avec la courbe théorique^ construite en posant

A 1 = o , I -lU — 1 A .1 = o '3 4 ; —

au au

Ces constantes correspondent aux périodes

Ti=5,5ans, T2=: 737 jours.

Pour les sels les plus vieux, la concordance n'est pas très bonne. Si l'on suit l'activité des sels par la mesure du rayonnement total, on peut admettre que l'activité est due au thorium et au radiothorium accompagné de ses dérivés. Or, nous verrons cjuau radiothorium et aux substances consécutives correspondent cinq groupes de rayons a; si un groupe de ces rayons est aussi émis par le thorium, l'activité inséparable de cette substance pourrait

constituer environ la sixième partie, soit 1 6,- pour i oo de l'activité du thorium en équilibre de régime avec le radiothorium et ses dérivés. L'activité varierait alors suivant la formule

A, -Ai

Cette formule semble convenir pour représenter les résultats de l'expérience.

On peut enfin étudier la loi d'augmentation de l'activité du mésothorium qu'on extrait des résidus de traitement des sables monazités ou des sels de thorium du commerce anciennement préparés. L'activité mesurée par le débit d'émanation est due au radiothorium^ et il en est sensiblement de même pour l'activité mesurée par le rayonnement total^ parce que l'activité du mésothorium intervient à peine par rapport à celle du radiothorium et de ses dérivés. L'activité reste en ce cas proportionnelle au nombre N d'atomes de radiothorium présents^ et celui-ci est donné par la formule

OÙ Q est le nombre d'atomes de mésothorium à l'origine et n le nombre d'atomes de radiothorium qui proviennent d'un atome de mésothorium. Des observations faites pendant près de 2 ans confirment la formule théorique; le maximum de l'activité doit avoir lieu après 4,6 ans.